Java Performance. HS Telematik. Torsten Hildebrandt

Transkript

1 Java Performance HS Telematik Torsten Hildebrandt

2 Gliederung 1. Allgemeines 2. Strings 3. Nebenläufigkeit 4. Speicherverwaltung 5. Container 6. I/O 7. Sonstiges

3 Allgemeines Optimierung ist Transformation bestehenden Codes: Korrektheit muss erhalten bleiben Neuer Code effizienter als Original Neuer Code weniger universell schränkt Wiederverwendbarkeit ein Resultierender Code meist komplexer, schwieriger lesbar, schwerer zu warten Balance zw. Ausführungsgeschwindigkeit und anderen SW-Qualitätsmassen

4 80/20-Prinzip Ausprägungen: 20% des Codes nehmen 80% Laufzeit in Anspruch 80% der benötigten Zeit in nur 20% der Funktionen 80% der mgl. Anwendungsszenarios werden nur 20% des Codes berühren 20% der Optimierungen bringen 80% des Geschwindigkeitszuwachses Grossteil der Eingabe-Daten wird nur aus einem kleinen Bereich der mgl. Daten kommen

5 Schlüsse aus 80/20 Zufällige Optimierungen zu 80% sinnlos, Optimierungen ausserhalb des kritischen Pfades bewirken keine signifikanten Geschwindigkeitsverbesserungen Investitionen in Optimierung sollen signifikante Verbesserungen bringen Ermittlung des kritischen Pfads mittels Profiler, im SDK 1.4 mittels -prof, -Xprof, -Xrunhprof, -Xaprof, -Xhprof Schaffung einer Testumgebung

6 Vorgehensweise 1. Identifikation des Flaschenhalses 2. Setzen eines Zieles für Geschwindigkeit 3. Nutzen repräsentativer Daten 4. Messung des Ist-Zustands 5. Analyse durch Profiling Analyse des Algorithmus Analyse von Abweichungen in Laufzeiten 6. Durchführen und testen von Änderungen; wenn keine Verbesserung wieder zu 5 7. Bereits schnell genug? Wenn nein, zurück zu 5. oder

7 Prinzipien Wahl geeigneter Datenstrukturen Wahl eines geeigneten Algorithmus Vermeiden unnötiger und doppelter Berechnungen Verschieben von Berechnungen, z.b. Herausziehen von Schleifen-invarianten Ausdrücken Ausnutzen von Spezifika des Anwendungsbereichs Zwischenspeichern von Berechnungen

8 Strings (1/3) schlecht: 1 long start = System.currentTimeMillis(); 2 String s = ""; 3 for (int i = 0; i < 20000; i++) { 4 s = s + "a"; 5 } 6 long stop = System.currentTimeMillis(); Warum so langsam? Zeile 4 wird zu: s = (new StringBuffer(s)).append("a").toString();

9 Strings (2/3) besser: 1 StringBuffer sb = new StringBuffer(); 2 for (int i = 0; i < 20000; i++) { 3 sb.append("a"); 4 } 5 String s = sb.tostring(); noch besser: 6 StringBuffer sb = new StringBuffer(20000); 7 for (int i = 0; i < 20000; i++) { 8 sb.append('a'); 9 } 10 String s = sb.tostring();

10 Strings (3/3) Sinnvolle Umwandlung? 1 String s = "Test " + i + "!"; 2 StringBuffer sb = new StringBuffer(); 3 sb.append("test "); 4 sb.append(i); 5 sb.append("!"); 6 String s = sb.tostring();

11 Kosten der Synchronisierung (1/2) Testcode (Aufruf 20 Mio. mal): 1 public void test1(stringbuffer sb) 2 { 3 sb.append('a'); 4 } 5 public synchronized void test2(stringbuffer sb) 6 { 7 sb.append('a'); 8 }

12 Kosten der Synchronisierung (2/2) 100% 90% 80% 70% % % 40% % 20% 10% % c 1.3s 1.4c 1.4s Kosten rel. ohne Synchr. [ms] mit Synchr. [ms]

13 Nebenläufigkeit Möglicher Geschwindigkeitszuwachs begrenzt durch sequentiell auszuführenden Teile Granulierungsproblem: durch grosse synchronisierte Bereiche langes Blockieren anderer Threads kleine synchronisierte Blöcke bedeuten höheren Synchronisationsaufwand Keine Verzögerungsschleifen (stattdessen sleep()) Thread-Pooling Evtl. weitergehende Synchronisationsmethoden impl. (etwa Read-/Write-Locks) Vermeidung durch Duplizierung von Ressourcen

14 Speicherverwaltung (1/2) Begrenzte Interaktion mit GC durch Reference- Objekte Arten der Erreichbarkeit von Objekten: 1. Strongly reachable über normale Refernz erreichbar 2. Softly reachable nur noch über SoftReference erreichbar 3. Weakly reachable weder 1. noch 2., aber über mind. 1 WeakReference-Objekt zu erreichen 4. Phantom reachable wenn weder 1.-3., aber noch über PhantomReference erreichbar 5. Unreachable weder Referenz noch Referenzobjekt verweisen auf dieses Objekt Nutzbar z.b. für intelligente Caches

15 Speicherverwaltung (2/2) WeakHashMap Objekterzeugung auf Minimum beschränken Objekte recyclen, evtl. Pooling einführen

16 Container ArrayList statt Vector Bei Hashtable: equals() und hashcode() wichtig für Performance, evtl. auch für Strings und Container neue Methoden implementieren Wie effizient iterieren? 1 for (int i=0, n=l.size(); i<n; i++) 2 { 3 Integer o = (Integer) l.get(i); 4 sum += o.intvalue(); 5 } 6 for (Iterator it = l.iterator(); it.hasnext();) 7 { 8 Integer o = (Integer) it.next(); 9 sum += o.intvalue(); 10 }

17 IO Byte-IO vs. Character-IO BufferedReader/-Writer/-... verwenden 1 printstream.write("test "+i+"!"); 2 printstream.write("test "); 3 printstream.write(i); 4 printstream.write("!");

18 NIO (1/3) Seit SDK 1.4 unterstützt Memory-mapped files Direkte Puffer Non-blocking I/O Server bisher: 1 ServerSocket s = new ServerSocket(); 2 Socket conn = s.accept( ); 3 InputStream in = conn.getinputstream(); 4... // aus 'in' lesen 5 OutputStream out = conn.getoutputstream(); 6... // Response schreiben 7 conn.close();

19 NIO (2/3) Vorarbeiten: 1 InetSocketAddress isa = new InetSocketAddress(port); 2 Selector selector = Selector.open(); 3 ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open(); 4 channel.configureblocking(false); 5 channel.socket().bind(isa); 6 channel.register(selector,selectionkey.op_accept);

20 NIO (3/3) 1 while (selector.select() > 0) { 2 Set readykeys = selector.selectedkeys(); 3 Iterator readyitor = readykeys.iterator(); 4 while (readyitor.hasnext()) { 5 SelectionKey key = (SelectionKey)readyItor.next(); 6 readyitor.remove(); 7 if (key.isacceptable()) { 8 ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel(); 9 SocketChannel socket = (SocketChannel) ssc.accept(); 10 socket.configureblocking(false); 11 socket.register(selector, SelectionKey.OP_READ SelectionKey.OP_WRITE); 12 } // key.isacceptable() 13 if (key.isreadable()) {... // aus Channel lesen 14 }

21 Sonstiges autom. Initialisierung aller Variablen mit 0 bzw. null Date-Objekte erzeugen teuer Exceptions sind teuer Konstanten möglichst static final deklarieren instanceof vor Cast wirklich nötig? XML-Parsing: SAX statt DOM

22 Wenn alles nichts hilft... Java Native Interface (JNI)? Java To Native Compiler? (z.b. GNU Compiler for Java)

23 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!